Impact of wave breaking on upper-ocean turbulence

Cai, Yongqing; Wen, Yuanqiao; Wu, Lichuan; Zhou, Chunhui; Zhang, Fang

doi:10.1002/2016jc012654

Cited by 4 publications

(2 citation statements)

References 45 publications

(138 reference statements)

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…The wave-induced turbulent kinetic energy (TKE) flux is usually parameterised in terms of a friction velocity (Craig and Banner, 1994). The parameterization works relatively well for fully developed sea state but performs poorly under growing and decaying sea states (Kantha and Clayson, 2004;He and Chen, 2011;Cai et al, 2017).…”

Section: The Wave-induced Energy Flux and Turbulencementioning

confidence: 99%

Wave effects on coastal upwelling and water level

Staneva

Breivik

et al. 2019

Ocean Modelling

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Traditional atmosphere, ocean and wave models are run independently of each other. This means that the energy and momentum fluxes do not fully account for the impact of the oceanic wave field at the air-sea interface. In this study, the Stokes drift impact on mass and tracer advection, the Stokes-Coriolis forcing and, the sea-state-dependent momentum and energy fluxes are introduced into an ocean circulation model and tested for a domain covering the Baltic Sea and the North Sea. Sensitivity experiments are designed to investigate the influence on the simulation of storms and Baltic Sea upwelling. Inclusion of wave effects improves the model performance compared with the stand-alone circulation model in terms of sea level height, temperature and circulation. The direct sea-state-dependent momentum and turbulent kinetic energy fluxes prove to be of higher importance than the Stokes drift related effects investigated in this study (i.e., Stokes-Coriolis forcing and Stokes drift advection on tracers and on mass). The latter affects the mass and tracer advection but largely balances the influence of the Stokes-Coriolis forcing. The upwelling frequency changes by more than 10% along the Swedish coast when wave effects are included. In general, the strong (weak) upwelling probability is reduced (increased) when adding the wave effects. From the results, we

show abstract

Section: The Wave-induced Energy Flux and Turbulencementioning

confidence: 99%

Wave effects on coastal upwelling and water level

Staneva

Breivik

et al. 2019

Ocean Modelling

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Jenkins et al (2012) observed that the waves act as roughness elements in MABL, affecting the turbulent flow and the vertical wind speed profile as well as inducing oscillatory motions in the atmospheric flow. Moreover, atmosphere-ocean wave interaction affects the mixing of heat and momentum in the upper ocean layers (Sullivan and Williams, 2010;D'Asaro et al, 2014;Breivik et al, 2015;Wu et al, 2015;Alari et al, 2016;Ličer et al, 2016;Staneva et al, 2016;Aijaz et al, 2017;Cai et al, 2017) and the ocean circulation (e.g. Burgers et al, 1995;Clementi et al, 2013;Turuncoglu et al, 2013;Fan and Griffies, 2014;Kim et al, 2014;Carniel et al, 2016).…”

Section: The Role Of Ocean Waves On Air-sea Interactionmentioning

confidence: 99%

Development of an integrated modeling system for simulating the air-ocean wave interactions

Varlas¹,

Βάρλας²

View full text Add to dashboard Cite

Η διδακτορική διατριβή σκοπεύει στη δημιουργία ενός νέου αμφίδρομου πλήρως συζευγμένου συστήματος ατμόσφαιρας-θαλάσσιων κυμάτων. Το σύστημα προσομοιώσεων περιλαμβάνει το ατμοσφαιρικό μοντέλο Weather Forecast Research (WRF) και το κυματικό μοντέλο Wave Model (WAM). Τα μοντέλα WRF και WAM τρέχουν παράλληλα, επικοινωνούν και ανταλλάσσουν πληροφορία μέσω του συζευκτή (coupler) OASIS Model Coupling Toolkit (OASIS3-MCT). Το σύστημα έχει διαμορφωθεί κατάλληλα προκειμένου να υποστηρίζεται η σύζευξη με το χημικό μοντέλο WRF-Chem και το υδρολογικό μοντέλο WRF-Hydro, προσφέροντας τη δυνατότητα ταυτόχρονης προσομοίωσης ατμοσφαιρικών, ωκεάνιων, χημικών και υδρολογικών διαδικασιών. Οι δυσκολίες, ο σχεδιασμός, τα στάδια υλοποίησης και τα χαρακτηριστικά του νέου συζευγμένου συστήματος προσομοιώσεων (CHAOS; Σύστημα Προσομοίωσης Χημικών-Υδρολογικών-Ατμοσφαιρικών-Θαλάσσιων κυματικών διεργασιών) περιγράφονται αναλυτικά. Ένα αξιοσημείωτο εύρημα είναι ότι τα θαλάσσια κύματα αυξάνουν την ανταλλαγή ορμής και ενθαλπίας μεταξύ ατμόσφαιρας και θάλασσας, μεταβάλλοντας τα χαρακτηριστικά της ατμοσφαιρικής ροής και τη δημιουργία των κυμάτων. Τα νέα ανεμογενή κύματα κυριαρχούν στη διαμόρφωση των ροών ορμής και ενθαλπίας στο επιφανειακό στρώμα. Η αμφίδρομη σύζευξη προσομοιώνει τους μεσογειακούς κυκλώνες πιο αβαθείς με διαφορές πίεσης (MSLP) στο κέντρο τους έως +2 hPa. Κατά τη διάρκεια του τυφώνα Sandy στον Ατλαντικό Ωκεανό οι διαφορές στην πίεση κυμαίνονται από -3 hPa έως +5 hPa. Προσομοιώνοντας με αμφίδρομη σύζευξη των μοντέλων, το ισοζύγιο της δυναμικής ενέργειας που χάνει η ατμόσφαιρα και της θερμικής ενέργειας που κερδίζει, καταλήγει σε μικρότερη στάθμη ισορροπίας και παράλληλη εξασθένηση της κυματογένεσης. Οι αλληλεπιδράσεις κατά μήκος της διεπιφάνειας αέρα-θάλασσας αντικατοπτρίζονται στην κατακόρυφη δομή της ατμόσφαιρας επηρεάζοντας τις δυναμικές και θερμοδυναμικές διεργασίες της. Διαφορές στην αναλογία μίγματος υδρατμών και στη σχετική υγρασία ανιχνεύονται έως τα 7 χλμ. Διαφορές στην ταχύτητα του ανέμου, την κατακόρυφη ταχύτητα ανύψωσης και τη θερμοκρασία ανιχνεύονται μέχρι την τροπóπαυση. Το CHAOS προσφέρει στατιστικές βελτιώσεις πάνω από τη θάλασσα έως 10% για την εκτίμηση του ανεμολογικού πεδίου και έως 24% για την εκτίμηση του σημαντικού ύψους κύματος κατά τη διάρκεια ακραίων καιρικών φαινομένων. Πάνω από τη στεριά οι στατιστικές βελτιώσεις στην εκτίμηση του ανέμου, της πίεσης (MSLP), τη θερμοκρασίας και του υετού φθάνουν το 5%. Επιπλέον, η εφαρμογή επάλληλων πλεγμάτων ολοκλήρωσης στο CHAOS βελτιώνουν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων έως 9-10%, καθώς περιγράφονται λεπτομερέστερα οι μικρότερης κλίμακας αλληλεπιδράσεις. Η προσομοίωση της θραύσης των κυμάτων λόγω ισχυρών ανέμων που συνοδεύεται από την παραγωγή θαλάσσιου σπρέι (sea spray) όπως και της επίδρασης της βροχής στα κύματα συμβάλλουν στους ορθότερους υπολογισμούς της ανταλλαγής μάζας μεταξύ ατμόσφαιρας και θάλασσας. Είναι αξιοσημείωτο ότι η προσομοίωση της επίδρασης της βροχής στα κύματα προσφέρει μέχρι και 3.6% στατιστικές βελτιώσεις κατά τη διάρκεια του τυφώνα Sandy. Συνολικά σε μια μακροπρόθεσμη επιχειρησιακή προσέγγιση (1 Δεκεμβρίου 2013 – 1 Δεκεμβρίου 2014), η αμφίδρομη σύζευξη στο CHAOS προσφέρει στατιστικές βελτιώσεις έως 3.7% στην εκτίμηση του ανεμολογικού πεδίου και έως 6.3% στην εκτίμηση του σημαντικού ύψους κύματος.

show abstract

Quantitative research on the characteristics of flow field structures after wave-breaking in deep water

Xue,

Liang,

Sun

et al. 2023

Physics of Fluids

View full text Add to dashboard Cite

This paper presents the results of laboratory experiments conducted for quantitative research into the characteristics of flow field structures after wave-breaking in deep water. The influence of wave-breaking is generally considered as a source term in ocean models, and parameterization of the breaking process is based on feature analysis of the flow field structures after wave-breaking. The breaking waves are generated based on the wave-focusing method. Particle image velocimetry is used to measure the velocity of the flow field near the breaking point, and ensemble-averaging is adopted to analyze the stable characteristics of the flow field. These characteristics are related to the intensity of the wave-breaking, which is reflected in the wave energy loss induced by breaking. A quantitative relation is first established between the wave energy loss and the wave parameters. An expression is then derived, which expresses the vertical distribution of horizontal velocity as a function of the wave energy loss, water depth, and horizontal distance from the breaking point. The horizontal momentum-transport is calculated based on the time integral of the horizontal velocity and is found to reflect the effect of stress induced by wave-breaking. The quantitative results are shown to be in good agreement with the experimental data. The results directly link the velocity distribution after wave-breaking to the wave parameters in a concise way and support the parameterization of wave-breaking in ocean models.

show abstract

Impact of wave breaking on upper-ocean turbulence

Cited by 4 publications

References 45 publications

Wave effects on coastal upwelling and water level

Wave effects on coastal upwelling and water level

Development of an integrated modeling system for simulating the air-ocean wave interactions

Quantitative research on the characteristics of flow field structures after wave-breaking in deep water

Contact Info

Product

Resources

About